李家河碾压混凝土重力坝枢纽工程设计及ansys建模

毕业设计（论文）毕业设计说明书题目李家河碾压混凝土重力坝枢纽工程设计及ANSYS建模专业水利水电工程班级工092班学生指导教师2013年李家河碾压混凝土重力坝枢纽工程设计及ANSYS建模摘要李家河水库工程位于西安市蓝田县境内，水库枢纽位于灞河的一级支流辋川河中游河段，是解决西安市东部用水紧张的骨干供水工程之一，工程由水库枢纽和输水渠道两大部分组成。工程任务主要以西安市城东区城镇供水为主，兼有发电。本次毕业设计分析了坝址的地形和地质条件，对比几种坝型最终选取碾压混凝土重力坝,碾压混凝土坝与常态混凝土坝相比,工艺程序简单，可快速施工，缩短工期；碾压混凝土坝可不设纵缝，节省了模板和接缝灌浆等费用。对比上下两条不同的坝轴线，在其它条件类似的情况下，从抗滑稳定的角度考虑，最终选取了上坝线。最后还进行了枢纽布置枢纽建筑物包括泄水建筑物、挡水大坝、底孔、供水管道和坝后式电站等。坝体剖面的稳定和应力计算时，荷载组合取了基本组合和特殊组合两种不同的情况，以正常蓄水位时的荷载组合作为基本组合,以地震荷载作为特殊组合。设计中选取了坝基面作为计算截面，对坝体的稳定和强度都依据DL51081999混凝土重力坝设计规范及SL3192005混凝土重力坝设计规范分别进行计算验证，在这两种情况下坝体的稳定和强度都能满足要求。本设计对溢流坝段除进行体型设计外，还进行了详细的水力计算，并进行了溢流坝面的水面线计算。此外，本设计对泄洪排沙底孔进行了详细的体型设计，确保了大坝的泄洪能力及稳定条件。最后，对于坝址区的地基，进行了固结灌浆及帷幕灌浆，保证了坝体的稳定和防渗，确保了工程的安全。本次设计的主要成果有设计说明书1份，设计CAD图纸7张以及其他相关附图附表等。关键词碾压混凝土重力坝；溢流坝；底孔；挑流消能；枢纽布置LIJIARIVERROLLERCOMPACTEDCONCRETERCCGRAVITYDAMPROJECTDESIGNANDMODELINGOFANSYSABSTRACTLIJIARIVERPROJECTISLOCATEDINLANTIANCOUNTRYOFXIAN,THEPROJECTISCONSISTEDOFRESERVOIRCOMPLEXANDWATERCHANNELTHERESERVOIRISFORDAILYLIFEWATERBASEDANDCOMPENSATIONFORFLOODCONTROL,ASWELLASPOWERGENERATIONANALYSESANDOFTHEDAMSITEOFTHETERRAINANDGEOLOGICALCONDITIONS,COMPARINGSEVERALDAMS,THEGRADUATEDESIGNFINALLYSELECTTHERCCDAMANDTHEDOWNDAMAXISANDTHEGENERALLAYOUT,ROLLERCOMPACTEDCONCRETEDAMCOMPAREDWITHTHECONVENTIONALCONCRETEDAM,PROCESSSIMPLE,QUICKCONSTRUCTION,SHORTENTHECONSTRUCTIONPERIODBUILDINGSHUBINCLUDETHEWATERRELEASINGSTRUCTURE,RETAININGDAM,BOTTOMHOLE,WATERPIPELINEANDPOWERPLANT,ANDSOONLATERTHEOVERFLOWDAM,SHAPEOFBOTTOMHOLEANDINCORPORATEDDISSIPATERAREDESIGNEDINORDERTOENSURETHESAFETYOFTHEDAM,CAREFULSTABILITYANDSTRESSCALCULATIONISMADEBYMATERIALMECHANICMETHOD,THELOADGROUPCONJUNCTIONBASICCOMBINATIONANDSPECIALLYCOMBINEDTWOKINDOFDIFFERENTSITUATIONS,TOOKTHEBASICCOMBINATIONBYTHENORMALSTOREWATERLEVELTIMELOADCOMBINATIONTAKESTHESPECIALCOMBINATIONBYTHEEARTHQUAKELOADINTHEDESIGNHASSELECTEDTHEDAMBASICPLANETOTAKETHECOMPUTATIONSECTION,ANDSTABLEALLCARRIEDONTHECOMPUTATIONTOTHEDAMBODY,THERESULTHASALLANSWEREDTHEPURPOSEATLAST,DOTHECONSTRUCTIONDESIGNFORCONSTRUCTIONOFTHEDAMTHEDESIGNOFTHEDAMFOUNDATIONASTHESECTION,THEDAMSTABILITYANDSTRENGTHOFDL51081999“CONCRETEGRAVITYDAMDESIGNSPECIFICATION“ACCORDINGTOSL3192005AND“CONCRETEGRAVITYDAMDESIGNSPECIFICATION“RESPECTIVELYAREVALIDATED,THETWOCASESINWHICHTHESTABILITYANDSTRENGTHCANMEETTHEREQUIREMENTSTHEDESIGNOFTHEOVERFLOWDAMSECTIONINADDITIONTOTHESHAPEDESIGN,DETAILEDHYDRAULICCALCULATIONARECONDUCTED,ANDTHEOVERFLOWOFTHEWATERSURFACELINECALCULATIONINADDITION,THEDESIGNOFTHEDETAILEDDESIGNOFTHEBODYTORELEASEFLOODWATERSDESILTINGBOTTOMINTAKE,ENSURETHEABILITYTORELEASEFLOODWATERSANDSTABILITYCONDITIONSOFTHEDAMFINALLY,FORTHEDAMFOUNDATION,THECONSOLIDATIONGROUTINGANDCURTAINGROUTING,ENSURETHESTABILITYOFDAMBODYANDIMPERVIOUS,ENSURETHATTHEPROJECTSAFETYTHEMAINRESULTSOFTHEDESIGNAREONEDESIGNMANUAL,SEVENDESIGNDRAWINGSANDOTHERRELATEDSCHEDULE,ATTACHEDMAPANDSOONKEYWORDSTHERCCDAM；RETAININGDAM；OVERFLOWDAM；BOTTOMHOLE；SKIJUMPENERGYDISSIPATION；LAYOUTOFHYDROPROJECT目录第1章绪论111工程概况112工程特性表1第2章水文气象321流域水文概况322洪水分析计算3第3章调洪计算631底孔规模和死库容确定632调洪计算6第4章工程地质1641区域地质16411地质简况16412区域构造稳定性和地震1642水库区工程地质条件16421基本地质条件16422水库渗漏17423库岸稳定性17424库区淹没及浸没17425水库诱发地震分析1743坝区基本地质条件及主要工程地质问题评价18431地质概况18432坝区岩体物理力学性质18433坝区主要工程地质问题评价19第5章枢纽布置2051坝轴线的选择2052坝型选择2253枢纽布置22第6章建筑物设计2361非溢流坝设计23611坝体断面尺寸的拟定23612结构计算（以单宽计算）2562溢流坝设计39621溢流坝断面尺寸的拟定39622溢流坝段挑流消能水力要素的计算42623溢流坝坝面水面线的计算4363底孔设计50631底孔的形式50632底孔泄流能力Q的计算53633底孔水头线的计算5364引水孔设计53第7章构造设计5571坝顶构造5572廊道系统57721基础灌浆廊道57722坝体检查及排水廊道5773混凝土分区5774坝体分缝5875坝体排水与止水59第8章地基处理5981地基开挖与处理5982帷幕灌浆与固结灌浆60821帷幕灌浆60822固结灌浆6083断层与软弱夹层处理61致谢61参考文献62第1章绪论11工程概况李家河水库工程位于西安市蓝田县境内，水库枢纽位于灞河的一级支流辋川河中游河段，距西安市约68KM，距蓝田县县城23KM，是解决西安市东部用水紧张的骨干供水工程之一，工程由水库枢纽和输水渠道两大部分组成。工程的开发目标以浐河以东城镇供水为主，兼有发电。城镇供水范围包括西安市纺织城组团、洪庆组团、阎良区、蓝田县城及白鹿塬的狄寨、安村、孟村、砲里乡及前卫镇等。李家河水库工程供水设计流量为315M3/S，多年平均供水量7230104M3。水库正常蓄水位为8800M。大坝枢纽正常运用的设计洪水标准为50年一遇，非常运用的校核洪水标准为500年一遇。李家河水库为中型水库,该枢纽为III等工程，永久性主要建筑物拦河大坝、泄水建筑物、引水建筑物、生态供水管道和输水渠道按3级设计，次要建筑物按4级设计，电站厂房及临时建筑物按5级设计。该坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高964M，坝顶宽9M，长33836M。上游上半部分铅直，下半部分坝坡为1015；下游坝坡为1075。坝顶采用开敞式溢流，堰顶高程为875M，只有1孔，净宽9M。采用鼻坎挑流消能。该坝设有一个底孔，底孔进口中心线高程为839M，孔口尺寸为3M45M。12工程特性表李家河水库工程特性见表11。表11李家河水库工程特性表名称单位数量名称单位数量水文气象特性坝底宽度M7388流域面积KM253412溢流坝多年平均气温131堰顶高程M875实测最大流量M3/S1290溢流堰净宽M9多年平均径流量亿M3133最大泄量M3/S40706多年平均输沙量万T25消能方式鼻坎挑流设计洪水流量M3/S9903泄洪排沙底孔1校核洪水流量M3/S1790孔口尺寸M345水库特征检修闸门尺寸M614坝址河床高程M7966工作闸门尺寸M62,7正常蓄水位M880进口中心线高程M839死水位M839最大泄量M3/S37689总库容万M3560928最大流速M/S279死库容万M34130消能方式鼻坎挑流兴利库容万M35032884引水孔1工程特性孔口尺寸M221拦河坝检修闸门尺寸M27604坝型碾压混凝土重力坝进口底板高程M839最大坝高M9706最大泄量M3/S315坝顶高程M88336最大流速M/S08坝顶长度M33836坝顶宽度M9第2章水文气象21流域水文概况李家河水库坝址位于辋川河中游河段，坝址以上流域面积362KM2，占全流域678，干流总长285KM，河道比降286。流域呈扇形，地形南高北低，属秦岭土石山区，群山叠帐。流域内森林密布，植被良好，平时水流清澈。22洪水分析计算由于李家河坝址无实测洪水资料，故洪峰流量和洪水总量计算仍以灞河罗李村站为参证站。罗李村站自19562007年有52年实测洪水资料。洪峰流量、不同时段洪量系列由每年内的最大值组成。洪量设计时段采用1、3日两个时段。李家河坝址设计洪水过程线采用将典型过程线按同频率法进行放大。经比较选取辋川河黄土砭站1958年8月2日实测洪水过程作为典型。该场洪水洪峰流量为328M3/S，最大一日洪量为1110万M3，最大三日洪量为1440万M3。典型洪水线及其用同倍比放大的设计洪水过程线见表21，绘制成曲线见图21。表21李家河坝址设计洪水过程线流量流量月日时分Q典0100202月日时分Q典010020282601091401329918316025620017611370136148140105170249199175112801791641551101802421991741128303181841651201902351981731119045623420914020022819717211193097841837423321021919617111010026611401020600220211951701101030310133011907422302021951691091103221500134084024019319416810811303282040179099041020419516911012032215001340840202141961711101302771220109068030211961701101402441010904564402051951691091502238867934955020195168108160191751672419601961951671081701656455773607019119416610818013154648930580187193166108190116482432269901781931651072001034113682301001719216410721090835431719711016119016310522078631227917512015218816210423070528425416013014418716110324062426223514714013518616010231058224121614015013418516010220542342091351601331851601023050322720313017013218516010140466220197126180131184159101504412151911241930131831591016041621218812120012518215810070392210187120210126182158100续表21李家河坝址设计洪水过程线流量流量月日时分Q典0100202月日时分Q典0100202803682091851202201271831581008303582081841192301281831591009034720718311824012918415910010032620618211751013185159101110305205181116201311851591011202842041801153013118515910113027720317911440131185159101140272021781145013118515910115026320117711360131185159101图21水库设计洪水和校核洪水过程线第3章调洪计算31底孔规模和死库容确定灌溉要求放水入坝下游河道，同时考虑水库排沙和以外情况下泄洪的需要，宜建底孔。根据水库淤积计算和排沙要求，为了保证设计洪水时宣泄通畅，选取底孔进口高程839M,孔口尺寸345M，底孔明流泄量为37689M/S，兼顾水力发电最小工作水头的要求，选取死水位（即兴利下限水位）为839M，相应死库容为413104M。32调洪计算初定大坝采用底孔和溢流坝联合泄流，溢流坝段堰顶高程为875M,溢流坝段总长定为33836M，只有1孔，孔净宽9米。底孔设一个,进口高程839M,孔口尺寸345M。大坝库水位库容ZV关系曲线见图31，大坝下游河道水位流量ZQ关系曲线见图32。010002000300040005000600070008000830840850860870880890900水位库容曲线水位（M库容（万M）图31水库水位、库容（ZV）关系曲线790792794796798800802804050010001500200025003000Q1Z1曲线流量（M/S）下游水位（M）Q1Z1曲线图32坝下游河道水位流量Z1Q1关系曲线表31李家河水库库水位下泄流量曲线计算表上游水位ZM表孔M3/S（溢流堰）泄洪排沙底孔M3/S总下泄流量M3/S875000340673406787556293430334932876177934537363168765326834770380378775031350014003287757031352304226187892423545844701878511647356854733187914229359105013987951697936134531138801988636356562428805229423657759520881261413679762938881529476370156649188232941372327017488253653337448739818834024737663779098835440783787681954884480243808886112续表31李家河水库库水位下泄流量曲线计算表上游水位ZM表孔M3/S（溢流堰）泄洪排沙底孔M3/S总下泄流量M3/S88455208138299903808855624638509947568855605173871899235886648913892610381688656936539132108497887739383933711327588757860739542118149888833703974512311588858822639947128173890103331405481438798708758808858908952004006008001000120014001600QZ泄流曲线QM/SZMQZ泄流曲线图33水库库水位下泄流量QZ关系图根据水力学计算手册，混凝土重力坝设计规范（SL）表31中各流量分别由下列公式确定表孔312311HGBMQ式中M为堰流量系数，取0496，为侧收缩系数，取09，H1为作用水头H1Z上875，875为溢流坝堰顶高程。底孔322GHQ式中为孔口流量系数，本设计中底孔为有压孔，经过计算沿程及局部水头损失，的计算公式如下DL1经计算可取087为底孔断面面积，取用135。表32底孔水头损失计算表断面1/NDMRMV2C2LMHFMHJMH（M）11（右）833380957784682130030000119428722左）833307577846304403198000420822（右）8333075778463044023198794341433（左）83330757784630440151994000341233（右）8333075778463044004151994159325344（左）83320577845507402012273000213344（右）8332057784550740220122737941339H2为堰上水头,H2Z上83675，83675为底孔进口底板高程。取T30分钟1800秒，根据上面B9M计算的库水位下泄流量曲线，即可计算相应工作曲线QV/TQ/2，QV/TQ/2，计算步骤见表33。工作曲线见图34。表33QV/TQ/2，QV/TQ/2工作曲线计算表库水位Z（M）库容V（万M3）下泄流量Q（M3/S）Q/2（M3/S）V/T（M3/S）V/TQ/2（M3/S）V/TQ/2（M3/S）87541403406717034000170341703487554200349321746633333158675079987642903631618158832226506410138087654350380371901911666797648135685877458040032200162444442244292644608775465042261211312833332622033044648784710447012235031666729431633901787854784473312366635777833411238144387948585013925070398889373819423959879549335311326556440556413999467112880500756242281214818334537125099548805510559520297605361115063515658718815203629383146959055655908762202488155302664913324564555661231067880188254007017435087700244665158735331882554997398136991754933717943791924883559777909389558096227706688485778835569681954409778643118233349052888845794861124305691900087594496205688455899903804519097747293228210226628856005947564737810359449885671083322885561109923549618109441710447991144034886621510381651908115272211008141204630886563651084975424912360561181807129030488765151132755663813193891262751137602788756665118149590741402722134364814617968886815123115615581486056142449815476138885696512817364087156938915053021633475890711514387971940165277815808381724717图34下泄流量QV/TQ/2，QV/TQ/2工作曲线根据水库兴利水位变化和枢纽工程布设方案，选定调洪起始水位为879M，采用洪水分析成果中提供的洪水过程线。用半图解法进行调洪计算，选取时段T05H1800S,分别进行设计洪水和校核洪水调洪计算，从而确定设计洪水位、校核洪水位。调洪演算工作曲线绘出后，先对50年一遇设计洪水进行调洪演算。起调水位为879M，随着入库流量的增大，先由泄洪底孔闸门逐渐开启来控制下泄，使泄量等于来量。随后，因底孔闸门已全开而来水量仍然继续增大，故进入自由泄流情况，库水位被迫上升，由初时段的泄量Q1查QV/TQ/2曲线得（V1/TQ1/2），加上Q平均值后得（V2/TQ2/2），再回查QV/TQ/2曲线得Q2，由此逐步向下计算，最后求得最大泄量和相应水位即设计洪水位。计算列表见34。表34调洪计算工作曲线计算表P2设计洪水时间T日时分入库流量M3/S平均入库流量M3/S库水位Z1MV/TQ/2M3/SV/TQ/2M3/S下泄流量Q（M3/S）库水位Z2M290140255879003738194239592550087900293037048587900350807399319485008790021006006718790035079639930748512878712103074279187871368173417896497228790821108409158790839553144727351742879332113099091587933432555487031544768796721208408008796746703352405557022879982123076072087998488432547033586028801821306806518801850090956043259523880292133062259388029506102566009599068803421405645467588034505538565402598658803421430529551225880345007055602135950888029215049547688029492992551930589388802221530457438880224824335405925815988012216041940425880124690615262335717188000216303895374758800045346650948656020879862170360346258798643619649094154745879702173033253187587970417460470821533628795321803052968795339745144933551884879352183028727887935376699427051503528791621902692592587916355697404499488018789721930249523975878973343943816224722887877220023022175878773127393583694563087858220302135205258785829089833491444017878382210197图35设计洪水与泄水过程线从设计洪水的调节得出设计洪水位为88034M，相应的下泄流量59906M3/S同理，对于500年一遇校核洪水与50年一遇洪水调洪演算方法相同，可推求出校核洪水位及其相应的下泄流量，见下表35表35调洪计算工作曲线计算表P02校核洪水时间T日时分入库流量M3/S平均入库流量M3/S库水位Z1MV/TQ/2M3/SV/TQ/2M3/S下泄流量QM3/S库水位Z2M2902092915879003738194239592915087900293037469787900354216402969487538787521001020110587875373780423916487538790021030119012658790042999348428054287879652110134015658796549724155649359252880262113017901565880265878026537416593988109212013401277588109672137744302721658818621230121511525881867238997998877598788233213010901043588233760463839149786878826621330997950588266784361864813804518828821409048762588288797956879411814558830121430848582075883018037028855818187988306215079376275883068038848857778189388306215307325702258830679865288015981507883012160672648258830178814786887780731882922163062456007588292773334852972796378827821705775558827875511783340978292882612173053351188261733892810617767258824221804894747588242710029784992749638822021830460544625882206844317575047307388197219043241688197657939729056711178817321930400384881736304516995396908888148220036835525881486018746688516697888122220303425329758812257258463739964815880952210317图36校核洪水与泄水过程线由计算结果可得出最高水位即校核洪水位为88306M,对应的最大下泄流量为81893M3/S。调洪成果汇总为下表36表36调洪成果汇总表P库水位ZM库容（104M3）下泄QM3/S下游水位（M28803450745990679768028830656098189379828第4章工程地质41区域地质411地质简况根据区域的地质地貌特征，区域的水文地质单元，可粗略地划分为山岳基岩的水文地质类型；河流沟谷冲积、洪积的水文地质类型；黄土塬松散堆积的水文地质类型。412区域构造稳定性和地震工程区位于秦岭纬向构造体系与新华夏构造体系的复合部位，区域断裂以东西向为主。库坝区位于华山北侧断裂以南约125KM直线距离以外的草坪库峪断裂与铁炉子断裂所夹持的带状相对稳定的地块上，属基本稳定地区。区域断裂的构造线，一般延伸远，发育深度大，具有多序次构造特点。据记载本区域在历史上曾发生过一次中强震地震活动，表明距坝址2040KM区域范围内存在有地震活动的历史背景。根据1400万中国地震动参数区划图GB183062008版及国家标准第1号修改单，工程区地震动峰值加速度为A015G,地震动反映特征周期为T035S，相应的地震基本烈度为度。42水库区工程地质条件421基本地质条件水库区位于秦岭北部的中低山区，为“V”字型峡谷地貌，植被丰茂。河流两岸山势陡峻，冲沟发育，总体趋势为南高北低。库区岩性主要可分为三大类，即变质岩、岩浆岩、第四系松散堆积物。库区由东、西采峪河组成，于坝址上游800M处交汇形成辋川河。东、西采峪上游至库尾主要为变质岩区，下游及辋川河干流以岩浆岩为主，第四系地层主要堆积于河床、漫滩及残留阶地部位，岸坡平缓地带多有崩坡积分布。422水库渗漏本阶段在前期勘察资料的基础上对库区及岩溶渗漏条件进行了复核调查。经过勘察分析认为1）不存在邻谷渗漏问题。2）不会产生岩溶渗漏问题。423库岸稳定性据统计，水库区基岩岸坡约占岸坡总长度的66，第四系地层库岸约占总长度的34，库岸变形破坏因岩性不同而有较大差异。基岩库岸基本稳定，对水库安全运行无影响。424库区淹没及浸没水库正常蓄水位以上无平缓的台地和较大村庄及耕地分布，因此不存在浸没问题。425水库诱发地震分析据记载本区域在历史上曾发生过一次中强震地震活动，这就表明距坝址2040KM区域范围内存在有地震活动的历史背景。但水库区附近没有中强历史地震的记载，同时在第四纪地层分布区，未观察到挽近期活动性构造断裂带。水库建成后，由于对当地应力场不会产生大的改变，因此发生水库诱发地震的可能性较小，即使有，也应不会大于工程区有记载的大于5级的地震活动。43坝区基本地质条件及主要工程地质问题评价431地质概况坝区位于灞河一级支流辋川河中游李家河村两河桥下游，河谷深切呈“V”字型，两岸山体雄伟，基岩裸露，出露地层为燕山期牧护关花岗侵入岩体，岩性较单一，地形地质条件相对较好。坝址区的主要构造面类型有原生结构面、断层面、裂隙。坝区岩浆岩原生结构面不太发育，岩脉与原岩之间呈混融接触，即“焊接”状，结合性较好，仅云斜煌岩脉与原岩之间接触稍差。坝址区物理地质作用主要以风化剥落现象为主，坝区边坡表层覆盖薄层坡积层，局部坡脚可见崩坡积层。受两岸岩体风化卸荷作用的影响程度不同，左岸风化厚度明显大于右岸。岸坡遭受了长时期的风化卸荷等外生地质营力作用，其浅表部岩体相对松弛，易发崩塌。坝址区地下水主要为基岩裂隙潜水、基岩裂隙承压水及潜水与承压水的混合型地下水，均为低矿化度的中性弱碱性的重碳酸盐型淡水，对水工混凝土均无腐蚀性。432坝区岩体物理力学性质（1）坝址区岩石以中粗粒花岗岩为主，中细粒花岗岩次之，不同风化带及岩性岩块的物理力学性质差异较大，特别是强风化带岩石试验指标偏高，所以试验指标不能代表强风化岩体，可作为较差的弱风化岩体指标。弱风化带内风化程度相对均一，试验成果具有一定的代表性，可作为岩石特征指标。弱风化带中粗粒或中细粒花岗岩饱和抗压强度均大于60MPA，属坚硬岩，干密度为261270G/CM3；吸水率为034087；饱和弹性模量为309534GPA，平均值大于390GPA；微风化带中粗粒或中细粒花岗岩干密度为261272G/CM3；吸水率为038069；饱和弹性模量为377515GPA，平均值大于410GPA。坝址区花岗岩致密坚硬，具有强度高，模量大，吸水率低等特点。中细粒花岗岩的物理力学指标较中粗粒花岗岩高。（2）岩体及结构面强度参数建议值砼与岩体之间，抗剪摩擦系数F07,抗剪断摩擦系数F12,抗剪断凝聚力C16MPA。433坝区主要工程地质问题评价（1）断层的影响根据边坡发育断层的赤平投影图分析，可看出左坝肩边坡断层以倾向下游为主，右坝肩以倾向下游边坡内为主，部分组合显示不稳定，但从平面图上看，在山体表部各相关断层距离较远，没有组合的条件。因而综合分析后认为，边坡整体是稳定的。（2）建基面的选择根据选定的拱坝坝轴线位置，河床坝基在长约400M范围内，宽约3640M，河道段比降138。钻探揭示，河床覆盖层厚一般28M，河床基岩顶板高程一般为78827955M，基岩为中粗粒花岗岩，弱风化层厚约67M。据地质测绘揭示，两岸断层多已延伸至河床下部，对坝基有影响的三条F6、F9、F21断层，建基面岩体结构及完整性主要受其控制。坝线河床基岩面以下1217M内为弱透水岩层，透水率Q为517677LU，下部为微透水岩体，透水率Q为051066LU。（3）坝基岩体变形河床段坝基岩体以级为主，级次之，变形模量E0为10GPA，总体抗变形能力较强，但在靠近左岸坡脚处F21斜穿坝基，延伸长度约距建基面垂直深度1520M，将造成其影响附近岩体变形模量较低，应进行专门工程处理。右岸坝基岩体850M高程以下，分布有厚层中细粒花岗岩，以级为主，部分级，坝基岩体均一，变形模量E0均在10GPA以上，抗变形能力较强；而850M高程以上的岩段，由于断层发育，且卸荷深度大，坝基范围级岩体较厚，其工程地质性状差，岩体变模低，抗变形能力亦差。左岸坝基岩体以级岩体为主，局部级岩体，由于断层发育，且多斜穿坝基，平洞揭露卸荷深度大，840M高程以上坡体表部级岩体分布范围广，风化强烈，其工程地质性状差，岩体变模低，抗变形能力亦差，将造成坝基两岸岩体的不均一变形，是坝肩岩体基础处理中应着重解决的工程地质问题。其次，由于左、右两岸岩体质量的差异，也会带来两岸坝基岩体的不对称变形问题，亦应在设计中给予重视。（4）坝基渗透性由坝线钻孔压水试验成果分析可以看出，左岸中等透水层厚度56M，弱透水层厚度约2025M。河床弱透水层厚度1012M，以下为微透水层。右岸中等透水层厚度27M，弱透水层厚度约2040M。第5章枢纽布置51坝轴线的选择2008年10月可研审查意见同意水库坝址选定上坝址，基本同意坝型采用碾压砼拱坝。地质在设计给定的上、下两条坝线上进行工作比选。进行坝线选择。两坝线相距约1047M（左岸端点基本重合），从工程地质条件分析两坝线主要差异见表51。表51坝线工程地质条件对比表比选坝线工程地质条件上游坝线下游坝线坝顶长度M274062580覆盖层深度M27472740地形条件左岸坝线上移后山梁变低变薄，且岩体风化卸荷较强，拱座岩体条件变差，右岸上移后，岩体风化卸荷较弱，岩体条件好。左岸岩体风化卸荷较强，右岸岩体拱座岩体处于断层交汇带，岩体较为破碎，风化卸荷较强。风化厚度左岸全风化带厚度517M，弱风化带厚419M；河床弱风化带厚67M；右岸全风化厚度150M，强风化带厚度27M，弱风化带厚9216M。左岸全风化带厚度2120M，强风化带厚度312M，弱风化带厚319M；河床弱风化带厚约70M；右岸全风化厚度215M，强风化带厚度28M，弱风化带厚818M。卸荷深度左岸水平深度105125M，右岸水平宽度45M。左岸水平深度约60M，右岸水平深度约16M。开挖方量拱肩槽开挖量较大，且开挖边坡高度亦较大。拱肩槽开挖量较小，且开挖边坡高度较小。边坡工程地质特点左坝肩边坡岩体质量较差；右岸边坡岩体质量好。左、右坝肩边坡岩体质量均较差。左岸两坝肩拱端推力方向基本一致，构成坝肩抗滑稳定边界的F7、F8、F9及F21断层走向基本与受力方向近于直交，边界条件相同。抗滑稳定条件右岸避开了断层强烈发育区，且拱座岩体受断层影响相对较小。下坝线拱座直接位于F1、F2、F4及F19断层交汇带附近，岩体结构较破碎，抗滑稳定条件差。坝基岩体渗透条件左岸中等透水层厚度56M，弱透水层厚度约2025M。河床弱透水层厚度1012M，下部为微透水层。右岸中等透水层厚度27M，弱透水层厚度约2040M。左岸中等透水层厚度416M，弱透水层厚度约414M。河床为微透水层。右岸中等透水层厚度415M，弱透水层厚度约312M。水平208087513461141基岩防渗深度M垂直左坝肩1345右坝肩644左坝肩1030右坝肩1430导流泄洪洞两条坝线导流泄洪洞相同引水发电洞两条坝线引水发电洞相同结论上坝线优于下坝线综上所述，上坝线和下坝线地形地质条件无本质差别，但从抗滑稳定条件看，上坝线既避开了多条断层（软弱结构面）对右坝肩的影响，同时岩体风化深度明显变小，减小工程处理难度，上坝线线优于下坝线。52坝型选择根据本地区的气象特点及坝址区地形、地质条件的实际情况，初步考虑采用当地材料坝和混凝土重力坝两种坝型作为枢纽工程坝型比较的依据。考虑坝址区地形、地质、水文、建筑材料等条件，比较了土石坝、混凝土浆砌石坝、碾压混凝土坝等几种坝型各自的优缺点后，最终选择碾压混凝土重力坝。碾压混凝土重力坝具有工艺程序简单,可快速施工,可快速施工,胶凝材料用量少，水泥用量少从而温控措施简化，不设纵缝，可使用大型通用施工机械设备,提高混凝土运输和填筑的工效，降低工程造价，坝顶可以泄流等优点。53枢纽布置枢纽布置应遵循的一般原则是1坝址、大坝及其它主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到施工方便，工期短，造价低即技术上可能，经济最优化；2枢纽布置应当满足在各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作，互不干扰；3在满足建筑物强度和稳定的条件下，结构最优化，降低枢纽总造价和年运转费用；4枢纽中各建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑；5尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益如提前蓄水，早期发电或灌溉；6枢纽的外观应与周围环境相协调，尽可能美化枢纽周围的环境。通过对李家河碾压混凝土重力坝基本资料的定性分析，枢纽布置方案考虑如下主河槽从右到左分别为位于两岸的非溢流坝段和位于河床中部即原河槽部位的溢流坝段、排沙底孔位于大坝左岸，左岸坝体内压管道为工业和农业供水。由于底孔及溢流坝部分已全部占满河槽，那么电站部分将向左岸山坡靠近。本方案的优点是河床的主要建筑物布置相对容易。缺点是当底孔放水时影响电站尾水位的稳定性。遇校核洪水泄洪时，保护电站不受淹没的工程措施复杂。第6章建筑物设计61非溢流坝设计611坝体断面尺寸的拟定（一）坝顶高程的确定设计洪水位或校核洪水位的高差可由下式计算，应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。CZHH1（61）式中，防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差；累计频率为1的波高；1壅高；ZH安全超高。C（1）波高H1和壅高HZ的计算H1和HZ的计算可利用鶴地水库公式进行计算波高GVDH20316025（62）波长VLM201386（63）壅高COS20MZGHDKVH（64）V0为计算风速，M/S，设计洪水位时，采用相应季节50年重现期的最大风速，校核洪水时，采用相应洪水期最大风速的多年平均值；D为作用于水域的长度，KM,称为吹程或者风区长度。其中，当，且。LH25108H设计洪水情况下吹程D19KM,风速V024M/S。代入以上公式计算得H1214；HZ0002M。校核洪水情况下吹程D21KM,风速V018M/S代入以上公式计算得H1144M；HZ0001M。（2）坝顶安全超高的确定安全超高HC与坝的安全级别有关，李家河水库工程为等工程，永久建筑物坝为3级，设计洪水位及校核洪水位情况下的安全超高分别为04M和03M。（3）坝顶高程的计算根据上面的计算公式，可得出相应洪水位情况下的坝顶超高，进而求出相应的防浪墙墙顶的高程H设255MH校174M坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算，并选用其中的较大值。防浪墙顶高程设计洪水位H设88289M防浪墙顶高程校核洪水位H校88510M则防浪墙顶高程为8851M,防浪墙高度取为12M,则坝顶高程应为8839M,高于校核洪水位，满足要求。坝底高程7875M。（二）坝顶宽度的确定坝顶宽度按规范要求取坝高的810，并且大于5M，由于坝高为964M,则坝顶宽度取为9M。（三）坝体断面选择重力坝剖面形态选取“上游坝面上部铅直，下部倾斜”的形式，折坡点选在（1/32/3）（321M643M）（8196M8518M）坝高的范围内，因而取折坡点高程为850M,以上为铅直面，以下为1015的斜坡；下游坝坡在8719M以上为铅直面，以下为1075的斜坡。根据工程经验，上游坝坡坡率N002,下游坝坡坡率M0608。故以上采用1015及1075坡率满足要求，且底宽B817M,B/H085在0709范围内，满足要求。设计所采用的非溢流坝剖面如图61所示。图61非溢流坝横断面图612结构计算（以单宽计算）重力坝抗滑稳定及坝体应力计算的荷载组合分为基本组合和偶然组合两种，宜以正常蓄水位时的荷载组合作为基本组合；在严寒地区冰冻情况也应作为一种基本组合；以校核洪水时的荷载或地震荷载作为偶然组合。本设计基本组合只计算正常蓄水位时的荷载组合，偶然组合只计算地震作用时的荷载组合。且选取坝基面和上游折坡面作为计算截面。其基本资料如下坝基为中粗粒花岗岩及中细粒花岗岩；河床床面高程为7966M,基岩高程为7929M,坝基开挖高程为7875M，高程在77617929M之间的透水率为1LU10LU,高程7761M以下岩体的透水率小于1LU,基岩的允许抗压强度为105MPA，基岩与混凝土之间的抗剪断摩擦系数F12,C160MPA；本枢纽为等中型水库工程；水库正常蓄水位为880M,相应的下游水位为79757M水库设计洪水位88034M，相应的下游水位为79768M；水库校核洪水位88306M，相应的下游水位为79828M；水库泥沙淤积高程83000M,泥沙的浮容重为8KN/M3；内摩擦角为14；溢流坝的堰顶高程为875M。本设计选取C20碾压混凝土混凝土，抗压强度为254MPA；极限抗拉强度设计值为110MPA，标准值为154MPA。（一）坝基面荷载计算（1）坝体自重荷载和静水压力坝体自重荷载和静水压力分布如图62所示图62坝体自重荷载和静水压力分布图由图62所示荷载计算分区及荷载荷载计算公式有I坝体自重（将坝体分成三个部分进行计算）（I1，2,3）ICIAG（65）II水平水压力（I1,2）21IIHP（66）III垂直水压力（I1，2,3）IIAQ（67）（2）泥沙压力泥沙